2017 Fiscal Year Research-status Report
理論・実験双方向分子設計に基づく高次集積型精密合成プロセスの創成
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16KT0051
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山本 芳彦 名古屋大学, 創薬科学研究科, 教授 (60283412)
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| Project Period (FY) |
2016-07-19 – 2019-03-31
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| Keywords | DFT計算 / 反応機構 / ルテニウム触媒 / パラジウム触媒 / 銅触媒 / 環化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属触媒反応の検討範囲を広げ、以下の成果を得た。
（1）スチレン末端を有する1,6-ジインが、カチオン性ルテニウム錯体触媒存在下に[2+2+2]環化してジヒドロビフェニレン誘導体を生成することを見出した。しかしながら、単離不能であったため、メタノール中ヨウ素と反応させたところ、予期せぬベンゾシクロオクタトリエノン誘導体および架橋ケトンが得られた。さらに、ルテニウム触媒反応の後、ワンポットでメタノール中N-ヨードスクシンイミドで処理すると架橋ケトンが優先的に得られた。
（2）カチオン性ルテニウム錯体触媒存在下にアルキル末端を有する1,6-ジインと不飽和アルデヒドが[2+2+2] 環化付加した後、生じるピラン環が開環してジエノンが得られた。この際、生成するアルケニル側鎖の立体選択性が、これまでに報告されているロジウム触媒反応の場合と逆であった。この立体選択性の発現機構をDFT計算により調査したところ、ルテニウムの配位した状態でピランの開環が進行すると観測された立体選択性が発現することを見出した。
（3）４－ヨードキノロンとo-ブロモベンジルアルコール類の縮環反応によるベンゾシムリン誘導体の合成を達成した。この反応は、パラジウム触媒とノルボルネンを用いるカテラニ型Ｃ－Ｈ活性化機構で進行すると考えられ、DFT計算および種々の検証実験によりその妥当性を検討した。
（4）豊田中央研究所で開発された銅（II) １－ナフトエート塩とテトラピリジルポルフィリン銅よりなる２次元MOFを触媒として、二酸化炭素とエポキシドとの環化カップリング反応を検討した。広範囲のエポキシドが使用可能であり、スチレンオキシドとの反応では、数回のMOF再使用が可能であった。反応機構をDFT計算により解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
前年度に続き、ルテニウム触媒反応の検討を実施した結果、スチレン末端を有する1,6-ジインの予期せぬ高次変換反応や、アルキル末端ジインと不飽和アルデヒドの[2+2+2]環化付加／開環反応を見出すことができた。これらの成果に加え、遷移金属触媒反応の探索範囲を拡張したところ、パラジウム触媒とノルボルネンを組み合わせるC-H活性化反応として有名なカテラニ反応をビニルヨウ化物に適用できることを初めて示すとともに、生理活性天然物ベンゾシムリンの誘導体を多数合成することに成功した。さらに、豊田中央研究所との共同研究により、２次元メタルオーガニックフレームワークの触媒機能創出にも成功した。以上の実験化学の成果に加え、ＤＦＴ分子軌道計算による機構解明研究も大きく進展し、パラジウムとノルボルネンの協働作用によるアルケンＣ－Ｈ結合の切断機構や、複核銅錯体による二酸化炭素捕捉機構の理論的裏付けにも成功した。以上の理由から、当初の計画以上の進展が見られたと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画の最終年度を迎えるに当たり、大幅なバージョンアップを終えたGaussian16（本学サイトライセンス）を使用するための新たなワークステーションを導入した。これによりDFT計算の効率向上が見込まれる。さらに実験の効率化に関しても、多検体の同時実験が可能なパーソナル有機合成装置を導入した。これらの備品導入により、実験－理論の双方向アプローチをさらに推進する。
また、研究計画に関しても、より高度な遷移金属触媒反応の探索へと展開する。具体的には、これまで見出されたルテニウム触媒原子移動型反応をさらに発展させ、これまで未達成であった窒素移動反応によるピロール類の合成を検討するとともに、キラル配位子を装着した遷移金属触媒を用いる不斉高次環化反応にも挑戦し、生理活性分子の精密合成に資する新規手法を開発する。
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| Causes of Carryover |
理由：昨年度繰越金を加えた当初計画どおり、ＤＦＴ計算用のワークステーションよ実験効率化のためのパーソナル合成装置を導入したが、予定よりも実験が順調に進み消耗品費の削減が可能であったため余剰が発生した。
使用計画：不斉触媒反応の開発のため、高価な光学活性配位子や、生成物の光学純度を決定するためのキラルHPLC用カラムの購入に充てる。
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